低轨星座多波束相控阵天线研究进展与发展趋势

多波束相控阵天线是一种利用波束形成网络,同时实现多个独立的高增益波束的多波束天线,具有高灵活性和宽角度扫描等优点,是低轨通信卫星系统的核心载荷之一。旨在针对应用于低轨星座的星载多波束相控阵天线进行归纳和分析。对低轨星座多波束相控阵天线的发展历程、波束形成技术、关键技术进行了介绍,并对低轨星座多波束相控阵天线的未来发展趋势进行了分析,为我国未来低轨卫星星座建设提供技术参考。     

星载反射器天线用相控阵馈源的电气设计与制作

采用偏焦相控阵馈电反射器天线能实现电子波束再形成与波束扫描,可搭载在静止轨道卫星上用于移动卫星通信。本文介绍了这种相控阵馈源的电气设计;其31单元辐射阵和波束形成网络的制作;通过实验和分析验证了相控阵馈源电气设计的适当性。把这种相控阵馈源与口径13m的反射器天线组合后,证明可实现42dBi以上的覆盖增益,波束隔离达20dB以上。     

星载反射器无线用相控阵馈源的电气设计与制作

采用偏焦相控阵馈电反射器天线能实现电子波束再形成与波束扫描，可搭载在静止轨道卫星上用于移动卫星通信。本文介绍了这种相控阵馈源的电气设计；其31单元辐射阵和波束形成网络的制作；通过实验和分析验证了相控阵馈源电气设计的适当性。把这种相控阵馈源与口径13m的反射器天线组合后，证明可实现48dBi以上的覆盖增益，波束隔离达20dB以上。     

星载相控阵天线的技术现状及发展趋势

星载相控阵天线采用现代微波集成技术,在有限的卫星平台空间条件下,实现独立控制的多个点波束,满足未来通信的需求。相控阵天线可以实现波束间通信容量的调整,还可以根据需要改变波束形状,使用自适应调零的抗干扰技术,这些技术已在国外星上设备中广泛采用,具有广阔的发展前景。文章介绍了星载相控阵天线的研究现状、关键技术,以及发展趋势,并对我国星载相控阵天线技术的发展提出了建议。     

相控阵天线试验子阵波束指向性能分析

针对一个基于四位数字移相器的相控阵天线试验子阵,对其进行波束指向性能分析,得到扫描波束的波束宽度、指向误差和增益跌落等参数,计算数据与试验结果基本吻合,该分析方法将可应用于更大规模相控阵天线的性能分析。     

有源相控阵雷达天线的波束形成装置结构

在有源相控阵天线中，发射和接收分布在使用发射与接收（Ｔ／Ｒ）模块的天线孔径处。Ｔ／Ｒ模块的使用使天线的性能得到了明显改善，而且使阵列结构的选择更加灵活。本文综述了有源相控阵天线的各种波束形成装置结构。由于全面地讨论所有类型的相控阵天线对任何一篇论文来说都过于宽泛，因此本文仅限于讨论用于雷达的共同馈电有源相控阵天线，讨论了宽带、窄带阵列的波束形成装置结构，包括将振幅锥削用于Ｔ／Ｒ模块还是波束形成网络     

一种基于移相插值方法的相控阵列天线波束形成网络

文章提出了一种移相插值网络方法,可以有效降低大型相控阵列天线馈电网络的复杂性;然后基于该方法设计了一种相控阵列天线的波束形成网络;最后对13单元的一维线性阵列和19单元的面阵进行了仿真,仿真结果验证了该方法的有效性。     

GPS天线阵列盲信号波束形成研究

针对GPS的抗干扰应用,给出一种不需要先验信息的GPS阵列天线盲信号波束形成新方法,用来提高GPS接收机的性能。首先建立线阵和平面阵列天线的信号模型,然后采用子空间技术剔除干扰信号,并设计多波束形成器来增强整个角空间的GPS信号。在波束形成设计中,应用Dolph-Chebyshev加权法来得到最优的主瓣波束宽度和旁瓣水平。仿真实验表明,采用盲信号波束形成方法,无论是线阵还是平面阵天线,均可以在干扰方向形成有效的零陷,在其余的角空间内增强GPS信号,从而验证了新方法的有效性和正确性。     

一种用于星载多波束相控阵的稀疏阵列

现有的技术较难满足星载多波束相控阵天线射频前端的通道间距,已有的研究工作大量集中在提高射频电路和芯片的集成度,提出采用稀疏布阵的方式来增加天线单元的平均间距,从而缓解现有技术条件下的高密度集成难题。设计了Ka频段八波束相控阵天线的稀疏布阵阵面,首先采用遗传算法优化设计64元稀疏子阵,子阵增益在±60°扫描范围内大于18.6dB,该子阵沿4个象限镜像对称,便于高效设计将不规则分布的天线单元端口与规则排布的R组件端口进行互连的带状线转接板,然后随机旋转、平移36个子阵拼接成全阵,在一定程度上打乱子阵分布均匀性,以起到栅瓣抑制的作用。该方法具有简单、高效、快捷的优点,稀疏阵列的设计结果基本能满足工程应用需求,适用于星载多波束相控阵。     

面向卫星通信系统的低成本超表面相控阵技术

低轨通信卫星系统因其传输延迟小、通信容量大、发射运营成本低等优势,受到了国内外的广泛关注。然而,低轨通信卫星技术的发展对星载天线系统提出了挑战。为提高卫星星座的通信容量以及实现对用户的跟踪覆盖,波束扫描、波束可重构及多波束覆盖不可或缺。在低成本建设运营的背景下,迫切地需要一种低成本的天线系统方案。作为一种低成本新型相控阵技术,综述了超表面相控阵天线技术及其在波束调控中的应用。首先对超表面天线波束形成的方法进行了简单的研究,之后介绍了超表面电磁调控的机理以及实现可重构的手段,最后介绍了超表面相控阵天线在波束形成、波束扫描、多波束产生中的应用。该技术相较于传统相控阵技术,大幅降低了成本,且在电磁波极化、频率调控中展现出巨大的灵活性。通过对该技术的综述,展望了超表面相控阵在低轨通信卫星中的应用。     

有效测量相控阵天线所有阵元排列方向图的自动化方法

本文介绍并验证了测量相控阵天线各阵元方向图的自动化技术，当测量位置调节器相对阵列移动探针时，该方法利用了以迭代方式用于波束形成器的Hadamard编码，利用相干接收机和互相关解码器提取所需的阵元方向图。本文用实验证明了同时测量阵列里所有单个阵元方向图的可能性，新技术易实现自动化，从而免去了以往技术对手工移动电缆和安装匹配负载的要求。     

基于FPGA的相控阵天线波束控制器设计

相控阵天线的电扫描特性使其具有扫描灵活、指向精确、可靠性高和抗干扰能力强等特点.波束控制技术作为相控阵天线的关键技术之一,直接影响系统效能的发挥.多波束相控阵天线支持跳波束通信模式,对波束的快速切换提出了更高的要求.针对波束扫描快速响应需求,对常规波束控制算法进行分解和优化,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的...     

光控相控阵天线

研究了迅猛发展的新的相控阵理论和技术厦其前景，其中涉及控制相控阵天线的光纤和光电技术。在相控阵天线中光学图像形成和扫描保证实时（PMB）形成一维或二维、连续或色散的单波束或多波束方向图（RH），并且保证对不同辐射频率的最大方向图的方向进行无波动扫描。采用光学图像形成电路（Roc）的相控阵天线，在超宽瞬时通带（～1GHz）中既能以连续方式也能以超短脉冲（脉宽～1ps）方式工作于发射状态和接收状态。     

星载合成孔径雷达天线的工程设计

介绍了星裁合成孔径雷达(SAR)固态有源相控阵天线工程设计的基本方法。根据性能要求，对相控阵天线进行了阶梯幅度量化，以减少T／R组件的品种数。采用相位加权改变仰角的波束宽度，给出了方向图的仿真结果。对相控阵天线的阵面误差、天线增量、最大副瓣电平和波束指向误差进行了近似计算，并给出了详细的计算结果。     

基于改进遗传算法的子阵级数字波束形成方法

相控阵雷达系统中多采用子阵级数字波束形成技术来解决阵元级数字波束形成所面临的硬件系统复杂、实时性低及应用成本高等问题,但子阵级波束形成技术往往会破坏静态方向图的性能。为保证方向图性能,采用改进遗传算法对子阵级数字波束形成算法进行优化,即在给定子阵划分的条件下,提出一种基于改进遗传算法的子阵级数字波束形成方法。采用此方法分别针对子阵级加窗与阵元级加窗处理进行仿真,结果表明两种加窗处理均可产生满足指标要求的波束方向图。     

星地融合网络相控阵天线应用研究进展

卫星通信网络与地面移动通信网络融合，可提供低时延、广覆盖的泛在接入服务。相控阵天线作为星地传输端到端信息获取的射频前端，具有剖面低、波束成形灵活、多维参数捷变等优点，但也面临降低成本及功耗、增加宽带传输能力、提高宽角扫描性能等方面的挑战。与现有相关综述关注相控阵天线设计流程及制造工艺不同，对相控阵天线在星地融合网络中的应用研究进行综述。首先，阐述相控阵天线的不同架构和特点。其次，总结应对挑战的若干关键技术，包括波束凝视、高精度波束指向、低成本、多波束等。最后，展望在分布式星群组网、高频段演进和通信感知融合等场景中的发展趋势和研究方向。     

数字多波束相控阵天线在测控系统中的应用研究

基于数字多波束相控阵天线的测控系统可实现全空域范围内任意分布的多达几十个目标的同时测控,其作为一种新型的地面测控系统,能够适应未来测控网络化的发展趋势。概括基于数字多波束相控阵天线的测控系统的主要技术特点,深入分析在测控系统中应用数字多波束相控阵天线的主要性能考虑,最后对天线阵面及结构热控等主要的系统设计内容进行阐述。     

Ka频段双极化低剖面卫通相控阵天线

当前国内外低轨通信互联网星座发展迅猛，面向卫通天线跨星跨波束快速切换、低剖面应用需求，提出了一种Ka频段层叠式缝隙耦合双圆极化发射相控阵天线。基于多层PCB叠层瓦式架构，将天线层、电源与控制层、功分网络层和芯片层一体化集成。基于“双线极化天线+移相控制”设计实现左右旋圆极化及其极化切换，采用子阵相位旋转排布实现天线整阵二次圆极化。测试结果表明：天线工作频段为27.5~31GHz，29.2GHz处法向等效各向同性辐射功率值为16.5dBW，可实现±60°扫描，法向轴比＜2dB，左右旋圆极化可切换，天线子阵厚度3mm。相比传统砖式相控阵天线，大幅降低了剖面和重量，对卫通天线低剖面、波束快速切换等具有重要应用意义。     

星载双面多波束相控阵GNSS-R海洋微波遥感器设计

为实现对多个海面区域覆盖,对星载全球导航定位系统反射信号(GNSS-R)海洋微波遥感器设计进行了研究。遥感器采用层叠式双面多波束高增益相控阵天线,通过在轨镜面反射点快速搜索和波束调度,接收北斗或GPS系统发射的直射信号和海面反射信号,经原始信号采样、时延多普勒相关功率计算等处理,为全球海面风场反演和海面高度测量提供高时效微波遥感数据。给出了系统指标和组成、工作模式,以及星载层叠式双面多波束相控阵天线、星载镜面反射点预测和星载GNSS-R高精度海面测高等关键技术及实现途径。仿真和计算结果表明:系统测高精度22cm,可满足系统指标要求。实际测高精度待飞行试验验证。     

超宽带相控阵天线的发展现状及星载应用展望

面向卫星载荷小型化、集成化和多功能一体化的发展趋势,具有超宽带、高增益和波束灵活特性的天线是目前星载天线领域的研究热点,其可满足通信、干扰、侦察、探测等多种不同应用场景,具有十分迫切的需求。首先对不同形式的超宽带天线单元进行了归纳梳理,根据天线的机电特性和空间环境适应性情况,给出了星载应用选型建议;其次对不同的超宽带波束形成方式进行了阐述,重点分析了不同波束形成方式的优缺点及其在卫星平台上的适用性;总结了超宽带相控阵天线涉及到的关键技术,对主要的技术途径进行了介绍;最后对超宽带相控阵天线的星载应用技术发展提出了建议,可为我国后续开展星载超宽带相控阵天线的技术研究和工程应用提供参考。